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分布式ID的方案和架构

🕗 发布于 2024-04-19 10:37 分布式  架构  

  1. 超过并发，超高性能分布式ID生成系统的要求

    1. 在复杂的超高并发、分布式系统中，往往需要对大量的数据和消息进行唯一标识
    2. 如在高并发、分布式的金融、支付、餐饮、酒店、电影等产品的系统中，数据日渐增长，对数据分库分表后需要有一个唯一ID来标识一条数据或消息，数据库的自增ID显然不能满足需求；特别一点的如订单、骑手、优惠券也都需要有唯一ID做标识
    3. 业务系统对ID号的要求有哪些呢？
      1. 全局唯一性：不能出现重复的ID号，既然是唯一标识，这是最基本的要求。
      2. 趋势递增：在MySQL InnoDB引擎中使用的是聚集索引，由于多数RDBMS使用B-tree的数据结构来存储索引数据，在主键的选择上面我们应该尽量使用有序的主键保证写入性能。
      3. 单调递增：保证下一个ID一定大于上一个ID，例如事务版本号、IM增量消息、排序等特殊需求。
      4. 信息安全：如果ID是连续的，恶意用户的扒取工作就非常容易做了，直接按照顺序下载指定URL即可；如果是订单号就更危险了，竞对可以直接知道我们一天的单量。所以在一些应用场景下，会需要ID无规则、不规则。

  2. 超高并发、超高性能分布式ID生成系统三个超高

    1. 超低延迟：平均延迟和TP999延迟都要尽可能低；
    2. 超高可用：可用性5个9；
    3. 超高并发： 高QPS。
    4. 超高并发， 最好是100Wqps以上，比如滴滴的tinyid，就达到千万QPS

  3. 什么是本地ID生成器、分布式ID生成器

    1. 本地ID生成器是指在本地环境中生成唯一标识符（ID）的工具或算法
    2. 本地ID生成器是相对于 分布式ID生成器而言的。二者的区分不是ID的用途，而是生产ID是否存在 网络IO开销
      1. 本地ID生成器在本地生产ID，没有网络IO开销
      2. 分布式ID生成器 需要进行远程调用生产ID，有网络IO开销
    3. 本地ID生成器所生产的ID并不是仅仅用于本地，也会用于分布式系统，拥有分布式系统中唯一标识实体或资源，例如数据库记录、消息、文件等
    4. 在设计本地ID生成器时，需要考虑以下几个方面：
      1. 唯一性：生成的ID必须在整个系统中是唯一的，以避免冲突。
      2. 可排序性：生成的ID应该具有可排序性，以便根据ID的顺序进行查询和排序操作。
      3. 性能：ID生成的过程应该高效，不应该成为系统的瓶颈。
      4. 可读性：生成的ID可以是可读的，便于调试和理解。
      5. 分布式支持：如果系统是分布式的，需要确保在多个节点上生成的ID也是唯一的。

  4. 常见的本地ID生成器算法包括

    1. 自增ID：使用一个计数器，在每次生成ID时递增。这种方式简单高效，但在分布式环境中需要额外的考虑，以避免冲突。
    2. UUID（Universally Unique Identifier）：使用标准的UUID算法生成唯一的128位标识符。UUID可以使用时间戳、MAC地址等信息来保证唯一性，但不具备可排序性。
    3. 雪花算法（Snowflake）：雪花算法是Twitter开源的一种分布式ID生成算法。它使用一个64位的整数，结合时间戳、机器ID和序列号来生成唯一的ID。雪花算法具备可排序性和高性能，适用于分布式环境。

  5. 常见的分布式ID生成器算法包括

    1. 数据库自增id，如Mysql 生产ID
    2. Redis生成ID
    3. Mongdb 生产ID
    4. zookeeper 生产ID
    5. 其他的分布式生产ID
    6. 分布式雪花算法
    7. 分布式号段算法

  6. uuid

    1. UUID是一种本地生成ID的方式
    2. UUID(Universally Unique Identifier)的标准型式包含32个16进制数字，以连字号分为五段，形式为8-4-4-4-12的36个字符。
    3. UUID的优点是：性能非常高，本地生成，没有网络消耗
    4. UUID的缺点是：不易于存储，信息不安全
    5. uuid有两种包
      1. github.com/google/uuid ，仅支持V1和V4版本
      2. github.com/gofrs/uuid ，支持全部五个版本
    6. 下面简单说下五种版本的区别
      1. Version 1，基于mac地址、时间戳。
      2. Version 2，based on timestamp，MAC address and POSIX UID/GID (DCE 1.1)
      3. Version 3，Hash获取入参并对结果进行MD5。
      4. Version 4，纯随机数。
      5. Version 5，based on SHA-1 hashing of a named value
    7. 特点
      1. 5个版本可供选择。
      2. 定长36字节，偏长。
      3. 无序。

  7. shortuuid

    1. 初始值基于uuid Version4
    2. 第二步根据alphabet变量长度(定长57)计算id长度(定长22)
    3. 第三步依次用DivMod（欧几里得除法和模）返回值与alphabet做映射，合并生成id
    4. 特点
      1. 基于uuid，但比uuid的长度短，定长22字节

  8. xid

    1. XID（eXtended Identifier）是一个用于生成全局唯一标识符（GUID）的库。它是一个基于时间的、分布式的ID生成算法，旨在提供高性能和唯一性。
    2. XID生成的ID是一个64位的整数，由以下部分组成
      1. 时间戳（40位）：使用40位存储纳秒级的时间戳，可以支持约34年的时间范围。与雪花算法不同，XID使用纳秒级时间戳，因此具有更高的时间分辨率。
      2. 机器ID（16位）：使用16位表示机器的唯一标识符。每个机器在分布式系统中应具有唯一的机器ID，可以手动配置或通过自动分配获得。
      3. 序列号（8位）：使用8位表示在同一纳秒内生成的序列号。如果在同一纳秒内生成的ID数量超过了8位能够表示的范围，那么会等待下一纳秒再生成ID。
    3. xid是由时间戳、进程id、Mac地址、随机数组成
    4. 有序性来源于对随机数部分的原子+1
    5. XID特点
      1. 长度短。
      2. 有序。
      3. 不重复。
      4. 时间戳这个随机数原子+1操作，避免了时钟回拨的问题
    6. XID生成的ID是趋势递增、唯一且可排序的，适用于分布式环境下的ID生成需求。与雪花算法相比，XID具有更高的时间分辨率，但在唯一性方面稍微弱一些，因为它使用了较短的机器ID和序列号
    7. XID库提供了生成ID、解析ID和验证ID的功能
    8. XID是一个用于生成全局唯一标识符的库，基于时间和机器ID生成唯一的ID。

  9. ksuid

    1. KSUID（K-Sortable Unique Identifier）是一种用于生成全局唯一标识符（GUID）的算法和格式。它是由Segment.io开发的一种分布式ID生成方案，旨在提供高性能、唯一性和可排序性
    2. KSUID生成的ID是一个全局唯一的字符串，由以下部分组成
      1. 时间戳（32位）：使用32位存储秒级的时间戳，表示自协调世界时（UTC）1970年1月1日以来的秒数。与传统的UNIX时间戳相比，KSUID使用了更长的时间戳，可以支持更长的时间范围。
      2. 随机字节（16位）：使用16位随机生成的字节，用于增加ID的唯一性。
      3. 附加信息（可选）：在KSUID的格式中，还可以包含附加的信息，例如节点ID或其他标识符。这部分是可选的，可以根据需要进行使用。
    3. KSUID生成的ID是按照时间顺序排序的，因此可以方便地按照生成的顺序进行排序和比较。它具有全局唯一性，并且不依赖于任何中央化的ID生成服务
    4. KSUID是一种用于生成全局唯一标识符的算法和格式。它具有高性能、唯一性和可排序性的特点，适用于分布式系统中的ID生成需求。通过使用 github.com/segmentio/ksuid 库，可以方便地生成和操作KSUID

  10. ulid

    1. 随机数和时间戳组成

  11. snowflake

    1. Snowflake是Twitter开源的一种分布式ID生成算法，用于在分布式系统中生成全局唯一的ID。它的设计目标是高性能、低延迟和趋势递增的ID生成
    2. Snowflake生成的ID是一个64位的整数，由以下部分组成
      1. 时间戳（41位）：使用41位存储毫秒级的时间戳，表示自定义的起始时间（Epoch）到生成ID的时间之间的毫秒数。
      2. 节点ID（10位）：用于标识不同的节点或机器。在分布式系统中，每个节点应具有唯一的节点ID
      3. 序列号（12位）：在同一毫秒内生成的序列号。如果在同一毫秒内生成的ID数量超过了12位能够表示的范围，那么会等待下一毫秒再生成ID
    3. Snowflake生成的ID具有趋势递增的特点，因为高位部分是基于时间戳生成的。这样设计的目的是为了在数据库索引中提供更好的性能，使新生成的ID更容易被插入到索引的末尾，减少索引的分裂和碎片化
    4. Snowflake是一种分布式ID生成算法，用于在分布式系统中生成全局唯一的ID。它具有高性能、低延迟和趋势递增的特点，适用于需要在分布式环境下生成唯一ID的场景
    5. 相对于UUID来说，雪花算法不会暴露MAC地址更安全、生成的ID也不会过于冗余
    6. 雪花的一部分ID序列是基于时间戳的，snowflake 存在一个很大的问题：时钟回拨 问题

  12. 什么是 时钟回拨问题

    1. 服务器上的时间突然倒退回之前的时间
      1. 可能是人为的调整时间；
      2. 也可能是服务器之间的时间校对
    2. 具体来说，时钟回拨（Clock Drift）指的是系统时钟在某个时刻向回调整，即时间向过去移动。时钟回拨可能发生在分布式系统中的某个节点上，这可能是由于时钟同步问题、时钟漂移或其他原因导致的
    3. 时钟回拨可能对系统造成一些问题，特别是对于依赖于时间顺序的应用程序或算法
    4. 在分布式系统中，时钟回拨可能导致以下问题
      1. ID冲突：如果系统使用基于时间的算法生成唯一ID（如雪花算法），时钟回拨可能导致生成的ID与之前生成的ID冲突，破坏了唯一性
      2. 数据不一致：时钟回拨可能导致不同节点之间的时间戳不一致，这可能影响到分布式系统中的时间相关操作，如事件排序、超时判断等。数据的一致性可能会受到影响
      3. 缓存失效：时钟回拨可能导致缓存中的过期时间计算错误，使得缓存项在实际过期之前被错误地认为是过期的，从而导致缓存失效
    5. 为了应对时钟回拨问题，可以采取以下措施：
      1. 使用时钟同步服务：通过使用网络时间协议（NTP）等时钟同步服务，可以将节点的时钟与参考时钟进行同步，减少时钟回拨的可能性
      2. 引入时钟漂移校正：在分布式系统中，可以通过周期性地校正节点的时钟漂移，使其保持与其他节点的时间同步
      3. 容忍时钟回拨：某些应用场景下，可以容忍一定范围的时钟回拨。在设计应用程序时，可以考虑引入一些容错机制，以适应时钟回拨带来的影响
    6. 通过使用时钟同步服务、时钟漂移校正和容忍机制等方法，可以减少时钟回拨带来的问题

  13. 分布式ID：数据库自增ID

    1. 特点如下：
      1. 架构简单容易实现。
      2. ID有序递增，IO写入连续性好。
      3. INT和BIGINT类型占用空间较小。
      4. 由于有序递增，易暴露业务量。
      5. 受到数据库性能限制，对高并发场景不友好。
      6. bigint最大是2^64-1，但是数据库单表肯定放不了这么多，那么就涉及到分表。如果业务量真的太大了，主键的自增id涨到头了，会发生什么？报错：主键冲突。

  14. 分布式ID：Redis生成ID

    1. 通过redis的原子操作INCR和INCRBY获得id
    2. 相比数据库自增ID，redis性能更好、更加灵活
    3. 不过架构强依赖redis，redis在整个架构中会产生单点问题
    4. 在流量较大的场景下，网络耗时也可能成为瓶颈

  15. 分布式ID：ZooKeeper唯一ID

    1. ZooKeeper是使用了Znode结构中的Zxid实现顺序增ID
    2. Zookeeper类似一个文件系统，每个节点都有唯一路径名(Znode)，Zxid是个全局事务计数器，每个节点发生变化都会记录响应的版本(Zxid)，这个版本号是全局唯一且顺序递增的
    3. 这种架构还是出现了ZooKeeper的单点问题

  16. 分布式雪花算法

    1. Snowflake 可以很容易扩展成为分布式架构
      1. Snowflake + 机器固定编号
      2. Snowflake +zookeeper 自增编号
      3. Snowflake + 数据库 自增编号
    2. 分布式雪花算法的代表作：百度的 UidGenerator
    3. UidGenerator是Java实现的, 基于Snowflake算法的唯一ID生成器
    4. UidGenerator以组件形式工作在应用项目中, 支持自定义workerId位数和初始化策略, 从而适用于docker等虚拟化环境下实例自动重启、漂移等场景
    5. 在实现上, UidGenerator通过借用未来时间来解决sequence天然存在的并发限制
    6. 采用RingBuffer来缓存已生成的UID, 并行化UID的生产和消费, 同时对CacheLine补齐，避免了由RingBuffer带来的硬件级「伪共享」问题. 最终单机QPS可达600万

  17. 分布式雪花ID方案1：600万qps的百度UidGenerator

    1. 依赖版本：

      1. Java8及以上版本,
      2. MySQL(内置WorkerID分配器, 启动阶段通过DB进行分配; 如自定义实现, 则DB非必选依赖）

    2. 回顾Snowflake算法

      1. Snowflake算法描述：指定机器 & 同一时刻 & 某一并发序列，是唯一的。据此可生成一个64 bits的唯一ID（long）。

      2. 在这里插入图片描述

      3. 固定1bit符号标识，即生成的UID为正数

      4. delta seconds (28 bits)

        1. 当前时间，相对于时间基点"2016-05-20"的增量值，单位：秒，最多可支持约8.7年

      5. worker id (22 bits)

        1. 机器id，最多可支持约420w次机器启动。内置实现为在启动时由数据库分配，默认分配策略为用后即弃，后续可提供复用策略

      6. sequence (13 bits)

        1. 每秒下的并发序列，13 bits可支持每秒8192个并发

    3. CachedUidGenerator

      1. RingBuffer环形数组，数组每个元素成为一个slot。RingBuffer容量，默认为Snowflake算法中sequence最大值，且为2^N。可通过 boostPower 配置进行扩容，以提高RingBuffer读写吞吐量

      2. Tail指针、Cursor指针用于环形数组上读写slot：

        1. Tail指针
          1. 表示Producer生产的最大序号(此序号从0开始，持续递增)。Tail不能超过Cursor，即生产者不能覆盖未消费的slot。当Tail已赶上curosr，此时可通过 rejectedPutBufferHandler 指定PutRejectPolicy
        2. Cursor指针
          1. 表示Consumer消费到的最小序号(序号序列与Producer序列相同)。Cursor不能超过Tail，即不能消费未生产的slot。当Cursor已赶上tail，此时可通过 rejectedTakeBufferHandler 指定TakeRejectPolicy

      3. CachedUidGenerator采用了双RingBuffer，Uid-RingBuffer用于存储Uid、Flag-RingBuffer用于存储Uid状态(是否可填充、是否可消费)

      4. 由于数组元素在内存中是连续分配的，可最大程度利用CPU cache以提升性能。但同时会带来「伪共享」FalseSharing问题，为此在Tail、Cursor指针、Flag-RingBuffer中采用了CacheLine补齐方式
        5.在这里插入图片描述

      5. RingBuffer填充时机

        1. 初始化预填充
          1. RingBuffer初始化时，预先填充满整个RingBuffer.
        2. 即时填充
          1. Take消费时，即时检查剩余可用slot量( tail - cursor )，如小于设定阈值，则补全空闲slots。阈值可通过 paddingFactor 来进行配置，请参考Quick Start中CachedUidGenerator配置
        3. 周期填充
          1. 通过Schedule线程，定时补全空闲slots。可通过 scheduleInterval 配置，以应用定时填充功能，并指定Schedule时间间隔

    4. UidGeneratorQuick Start

      1. 介绍如何在基于Spring的项目中使用UidGenerator, 具体流程如下:

      2. 步骤1:安装依赖

        1. 先下载Java8, MySQL和Maven

      3. 设置环境变量

        1. maven无须安装, 设置好MAVEN_HOME即可. 可像下述脚本这样设置JAVA_HOME和MAVEN_HOME, 如已设置请忽略

        2. export MAVEN_HOME=/xxx/xxx/software/maven/apache-maven-3.3.9
export PATH=$MAVEN_HOME/bin:$PATH
JAVA_HOME="/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_91.jdk/Contents/Home";
export JAVA_HOME;

      4. 创建表WORKER_NODE

        1. 运行sql脚本以导入表WORKER_NODE, 脚本如下:

        2. DROP DATABASE IF EXISTS `xxxx`;
CREATE DATABASE `xxxx` ;
use `xxxx`;
DROP TABLE IF EXISTS WORKER_NODE;
CREATE TABLE WORKER_NODE
(
ID BIGINT NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT 'auto increment id',
HOST_NAME VARCHAR(64) NOT NULL COMMENT 'host name',
PORT VARCHAR(64) NOT NULL COMMENT 'port',
TYPE INT NOT NULL COMMENT 'node type: ACTUAL or CONTAINER',
LAUNCH_DATE DATE NOT NULL COMMENT 'launch date',
MODIFIED TIMESTAMP NOT NULL COMMENT 'modified time',
CREATED TIMESTAMP NOT NULL COMMENT 'created time',
PRIMARY KEY(ID)
)
COMMENT='DB WorkerID Assigner for UID Generator',ENGINE = INNODB;

        3. 修改mysql.properties配置中, jdbc.url, jdbc.username和jdbc.password, 确保库地址, 名称, 端口号, 用户名和密码正确.

      5. 步骤3:修改Spring配置

        1. 提供了两种生成器: DefaultUidGenerator、CachedUidGenerator

        2. 如对UID生成性能有要求, 请使用CachedUidGenerator

        3. DefaultUidGenerator配置

        4. <!-- DefaultUidGenerator -->
<bean id="defaultUidGenerator"
class="com.baidu.fsg.uid.impl.DefaultUidGenerator" lazy-init="false">
<property name="workerIdAssigner" ref="disposableWorkerIdAssigner"/>
<!-- Specified bits & epoch as your demand. No specified the default value
will be used -->
<property name="timeBits" value="29"/>
<property name="workerBits" value="21"/>
<property name="seqBits" value="13"/>
<property name="epochStr" value="2016-09-20"/>
</bean>
<!-- 用完即弃的WorkerIdAssigner，依赖DB操作 -->
<bean id="disposableWorkerIdAssigner"
class="com.baidu.fsg.uid.worker.DisposableWorkerIdAssigner" />

        5. CachedUidGenerator配置

        6. <!-- CachedUidGenerator -->
<bean id="cachedUidGenerator" class="com.baidu.fsg.uid.impl.CachedUidGenerator">
<property name="workerIdAssigner" ref="disposableWorkerIdAssigner" />
<!-- 以下为可选配置, 如未指定将采用默认值 -->
<!-- Specified bits & epoch as your demand. No specified the default value
will be used -->
<property name="timeBits" value="29"/>
<property name="workerBits" value="21"/>
<property name="seqBits" value="13"/>
<property name="epochStr" value="2016-09-20"/>
<!-- RingBuffer size扩容参数, 可提高UID生成的吞吐量. -->
<!-- 默认:3， 原bufferSize=8192, 扩容后bufferSize= 8192 << 3 = 65536 -->
<property name="boostPower" value="3"></property>
<!-- 指定何时向RingBuffer中填充UID, 取值为百分比(0, 100), 默认为50 -->
<!-- 举例: bufferSize=1024, paddingFactor=50 -> threshold=1024 * 50 / 100 =
512. -->
<!-- 当环上可用UID数量 < 512时, 将自动对RingBuffer进行填充补全 -->
<property name="paddingFactor" value="50"></property>
<!-- 另外一种RingBuffer填充时机, 在Schedule线程中, 周期性检查填充 -->
<!-- 默认:不配置此项, 即不实用Schedule线程. 如需使用, 请指定Schedule线程时间间隔, 单
位:秒 -->
<property name="scheduleInterval" value="60"></property>
<!-- 拒绝策略: 当环已满, 无法继续填充时 -->
<!-- 默认无需指定, 将丢弃Put操作, 仅日志记录. 如有特殊需求, 请实现
RejectedPutBufferHandler接口(支持Lambda表达式) -->
<property name="rejectedPutBufferHandler" ref="XxxxYourPutRejectPolicy">
</property>
<!-- 拒绝策略: 当环已空, 无法继续获取时 -->
<!-- 默认无需指定, 将记录日志, 并抛出UidGenerateException异常. 如有特殊需求, 请实现
RejectedTakeBufferHandler接口(支持Lambda表达式) -->
<property name="rejectedTakeBufferHandler" ref="XxxxYourTakeRejectPolicy">
</property>
</bean>
<!-- 用完即弃的WorkerIdAssigner, 依赖DB操作 -->
<bean id="disposableWorkerIdAssigner"
class="com.baidu.fsg.uid.worker.DisposableWorkerIdAssigner" />

      6. Mybatis配置

        1. mybatis-spring.xml配置说明如下

        2. <!-- Spring annotation扫描 -->
<context:component-scan base-package="com.baidu.fsg.uid" />
<bean id="sqlSessionFactory" class="org.mybatis.spring.SqlSessionFactoryBean">
<property name="dataSource" ref="dataSource" />
<property name="mapperLocations" value="classpath:/METAINF/mybatis/mapper/M_WORKER*.xml" />
</bean>
<!-- 事务相关配置 -->
<tx:annotation-driven transaction-manager="transactionManager" order="1" />
<bean id="transactionManager"
class="org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager">
<property name="dataSource" ref="dataSource" />
</bean>
<!-- Mybatis Mapper扫描 -->
<bean class="org.mybatis.spring.mapper.MapperScannerConfigurer">
<property name="annotationClass"
value="org.springframework.stereotype.Repository" />
<property name="basePackage" value="com.baidu.fsg.uid.worker.dao" />
<property name="sqlSessionFactoryBeanName" value="sqlSessionFactory" />
</bean>
<!-- 数据源配置 -->
<bean id="dataSource" parent="abstractDataSource">
<property name="driverClassName" value="${mysql.driver}" />
<property name="maxActive" value="${jdbc.maxActive}" />
<property name="url" value="${jdbc.url}" />
<property name="username" value="${jdbc.username}" />
<property name="password" value="${jdbc.password}" />
</bean>
<bean id="abstractDataSource" class="com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource"
destroy-method="close">
<property name="filters" value="${datasource.filters}" />
<property name="defaultAutoCommit" value="${datasource.defaultAutoCommit}"
/>
<property name="initialSize" value="${datasource.initialSize}" />
<property name="minIdle" value="${datasource.minIdle}" />
<property name="maxWait" value="${datasource.maxWait}" />
<property name="testWhileIdle" value="${datasource.testWhileIdle}" />
<property name="testOnBorrow" value="${datasource.testOnBorrow}" />
<property name="testOnReturn" value="${datasource.testOnReturn}" />
<property name="validationQuery" value="${datasource.validationQuery}" />
<property name="timeBetweenEvictionRunsMillis"
value="${datasource.timeBetweenEvictionRunsMillis}" />
<property name="minEvictableIdleTimeMillis"
value="${datasource.minEvictableIdleTimeMillis}" />
<property name="logAbandoned" value="${datasource.logAbandoned}" />
<property name="removeAbandoned" value="${datasource.removeAbandoned}" />
<property name="removeAbandonedTimeout"
value="${datasource.removeAbandonedTimeout}" />
</bean>
<bean id="batchSqlSession" class="org.mybatis.spring.SqlSessionTemplate">
<constructor-arg index="0" ref="sqlSessionFactory" />
<constructor-arg index="1" value="BATCH" />
</bean>

      7. 步骤4: 运行示例单测

        1. 运行单测CachedUidGeneratorTest, 展示UID生成、解析等功能

        2. @Resource
private UidGenerator uidGenerator;
@Test
public void testSerialGenerate() {
// Generate UID
long uid = uidGenerator.getUID();
// Parse UID into [Timestamp, WorkerId, Sequence]
// {"UID":"180363646902239241","parsed":{ "timestamp":"2017-01-19
12:15:46", "workerId":"4", "sequence":"9" }}
System.out.println(uidGenerator.parseUID(uid));
}

  18. 分布式雪花ID方案2：美团Leaf-snowflake

    1. 美团 Leaf-snowflake方案，属于 Snowflake +zookeeper 自增编号 的类型

    2. 在这里插入图片描述

    3. 用Zookeeper顺序增、全局唯一的节点版本号，替换了原有的机器地址。

    4. 强依赖ZooKeeper的缺点：强依赖ZooKeeper、大流量下的网络下，存在网络瓶颈。

    5. 解决了时钟回拨的问题运行时，时差小于5ms会等待时差两倍时间，如果时差大于5ms报警并停止启动。

    6. 通过缓存一个ZooKeeper文件夹，提高可用性

    7. Leaf-snowflake方案完全沿用snowflake方案的bit位设计，即是“1+41+10+12”的方式组装ID号

    8. 对于workerID的分配，当服务集群数量较小的情况下，完全可以手动配置。Leaf服务规模较大，动手配置成本太高

    9. 所以使用Zookeeper持久顺序节点的特性自动对snowflake节点配置wokerID

    10. Leaf-snowflake是按照下面几个步骤启动的：

      1. 启动Leaf-snowflake服务，连接Zookeeper，在leaf_forever父节点下检查自己是否已经注册过（是否有该顺序子节点）
      2. 如果有注册过直接取回自己的workerID（zk顺序节点生成的int类型ID号），启动服务
      3. 如果没有注册过，就在该父节点下面创建一个持久顺序节点，创建成功后取回顺序号当做自己的workerID号，启动服务

    11. 从强依赖ZooKeeper优化为弱依赖ZooKeeper

      1. 除了每次会去ZK拿数据以外，也会在本机文件系统上缓存一个workerID文件
      2. 当ZooKeeper出现问题，恰好机器出现问题需要重启时，能保证服务能够正常启动
      3. 这样做到了对三方组件的弱依赖,一定程度上提高了 系统的可用性

    12. 解决时钟问题

      1. 因为这种方案依赖时间，如果机器的时钟发生了回拨，那么就会有可能生成重复的ID号，需要解决时钟回退的问题

      2. 服务启动时首先检查自己是否写过ZooKeeper leaf_forever节点

        1. 若写过，则用自身系统时间与 leaf_forever/ s e l f 节点记录时间做比较，若小于 l e a f f o r e v e r / {self} 节点记录时间做比较，若小于leaf_forever/ self节点记录时间做比较，若小于leaff​orever/{self} 时间则认为机器时间发生了大步长回拨，服务启动失败并报警。
        2. 若未写过，证明是新服务节点，直接创建持久节点 leaf_forever/${self} 并写入自身系统时间，接下来综合对比其余Leaf节点的系统时间来判断自身系统时间是否准确，具体做法是取leaf_temporary下的所有临时节点(所有运行中的Leaf-snowflake节点)的服务IP：Port，然后通过RPC请求得到所有节点的系统时间，计算 sum(time)/nodeSize 。
        3. 若abs( 系统时间 -sum(time)/nodeSize) < 阈值，认为当前系统时间准确，正常启动服务，同时写临时节点 leaf_temporary/${self} 维持租约
        4. 否则认为本机系统时间发生大步长偏移，启动失败并报警
        5. 每隔一段时间(3s)上报自身系统时间写入 leaf_forever/${self}

      3. 由于强依赖时钟，对时间的要求比较敏感，在机器工作时NTP同步也会造成秒级别的回退，建议可以直接关闭NTP同步

      4. 要么在时钟回拨的时候直接不提供服务直接返回ERROR_CODE，等时钟追上即可

      5. 或者做一层重试，然后上报报警系统，更或者是发现有时钟回拨之后自动摘除本身节点并报警

      6. //发生了回拨，此刻时间小于上次发号时间
if (timestamp < lastTimestamp) {
long offset = lastTimestamp - timestamp;
if (offset <= 5) {
try {
//时间偏差大小小于5ms，则等待两倍时间
wait(offset << 1);//wait
timestamp = timeGen();
if (timestamp < lastTimestamp) {
//还是小于，抛异常并上报
throwClockBackwardsEx(timestamp);
}
} catch (InterruptedException e) {
throw e;
}
} else {
//throw
throwClockBackwardsEx(timestamp);
}
}
//分配ID

      7. 从上线情况来看，在2017年闰秒出现那一次出现过部分机器回拨，由于Leaf-snowflake的策略保证，成功避免了对业务造成的影响

  19. 分布式ID：号段模式

    1. 号段模式ID生成器是一种常见的本地ID生成器算法，也称为段号生成器或区间号生成器。它通过预分配一段连续的ID号段，然后在本地使用这些号段来生成唯一的ID
    2. 具体的工作流程如下
      1. 预分配号段：在生成ID之前，首先预分配一段连续的ID号段。例如，可以预分配一个范围为1,000,000到1,999,999的号段
      2. 本地使用号段：在本地环境中，每次需要生成ID时，从预分配的号段中获取一个ID。可以使用一个计数器来记录当前使用的ID，在获取一个ID后，将计数器递增
      3. 号段用尽时重新分配：当本地使用的号段用尽时，再次预分配一个新的号段。可以通过一种机制来触发重新分配，例如当计数器超过当前号段的上限时
      4. 确保唯一性：在分布式环境中，可以为每个节点分配不同的号段，以确保生成的ID在整个分布式系统中是唯一的
    3. 号段模式ID生成器的优点是简单高效，生成的ID具备可排序性，并且可以在本地环境中生成唯一的ID。然而，需要注意的是，在分布式环境中，需要额外的机制来协调不同节点之间的号段分配，以避免冲突和重复。

  20. Leaf-segment（叶段模式）

    1. Leaf-segment（叶段）是一种分布式ID生成方案，它基于号段模式ID生成器的思想
    2. Leaf-segment的设计目标是在分布式环境下生成高性能、可排序、唯一的ID。
    3. 具体工作流程如下：
      1. 预分配号段：Leaf-segment将ID号段分为多个小段（segment），每个小段包含一定数量的ID。这些小段可以在分布式环境中的不同节点上进行分配，每个节点负责管理和生成自己分配到的小段。
      2. 本地使用号段：在每个节点上，本地维护一个当前号段（current segment）的指针，指向当前使用的号段。当需要生成ID时，节点会从当前号段中获取一个ID，并将指针递增
      3. 号段用尽时重新分配：当节点的当前号段用尽时，节点会向中心化的协调者（coordinator）请求获取一个新的号段。协调者负责分配新的号段，并将新的号段分配给请求的节点。
      4. 确保唯一性：通过将每个节点分配不同的号段，Leaf-segment保证了在整个分布式系统中生成的ID是唯一的。
    4. 和数据库的自增主键相比，Leaf-segment（叶段）把数据库自增主键换成了计数法。
    5. Leaf-segment（叶段） 每个业务分配一个biz_tag、并记录各业务最大id(max_id)、号段跨度(step)等数据
    6. 这样每次取号只需要更新biz_tag对应的max_id，就可以拿到step个id
    7. Leaf-segment的优点是具备高性能、可排序和唯一性，并且可以在分布式环境中有效地生成ID。它通过将ID号段分配给每个节点，减少了节点之间的通信和协调开销，提高了生成ID的效率
    8. 然而，Leaf-segment也存在一些注意事项。首先，需要一个可靠的协调者来分配号段，并确保号段的唯一性。其次，如果协调者发生故障或网络分区，可能会影响新号段的分配和节点的正常运行。因此，在使用Leaf-segment时需要考虑容错和故障恢复机制
    9. 总之，Leaf-segment是一种可行的分布式ID生成方案，适用于需要在分布式环境中生成唯一ID的应用场景。它提供了一种高性能、可排序、唯一的ID生成解决方案
    10. 优点
      1. 除了拥有自增ID的优点之外，在性能上比自增ID更好
      2. 扩展灵活。
      3. 使用灵活、可配置性强。
      4. 缓存机制，突发状况下短时间内能保证服务正常运转。
    11. 缺点
      1. id是有序自增，容易暴露信息，不可用于订单。
      2. 在leaf的缓存ID用完再去获取新号段的间隙，性能会有波动。
      3. 强依赖DB

  21. 增强版Leaf-segment

    1. 增强版是对上面描述的缺点2进行的改进——双cache，在leaf的ID消耗到一定百分比时，常驻的后台进程会预先去号段服务获取新的号段并缓存。具体消耗百分比、及号段step根据业务消耗速度来定。
    2. 增强版Leaf-segment是对Leaf-segment方案的扩展和改进，旨在进一步提升分布式ID生成的性能和可扩展性
    3. 具体来说，增强版Leaf-segment在Leaf-segment的基础上引入了以下改进
      1. 分布式协调者：引入多个协调者节点，形成一个分布式的协调者集群。每个协调者负责管理一部分号段，并协调节点之间的号段分配和归还。这样可以提高协调者的容错性和可用性，并减轻单个协调者的负载压力
      2. 异步号段分配：将号段分配过程改为异步操作。当节点的当前号段用尽时，节点向协调者请求获取新的号段，但不会阻塞等待结果。而是继续使用当前号段生成ID，同时在后台等待协调者的响应。这样可以减少节点的等待时间，提高ID生成的效率
      3. 号段预取：节点在本地维护一个号段缓存，提前预取一定数量的号段。当节点的当前号段用尽时，可以直接从缓存中获取下一个号段，而无需立即向协调者请求新的号段。这样可以减少节点与协调者的通信次数，降低延迟并提高吞吐量
      4. 动态调整号段大小：根据系统的负载情况和需求变化，动态调整号段的大小。例如，当系统负载较低时，可以增加号段的大小，减少号段分配的频率；当系统负载较高时，可以减小号段的大小，提高号段的利用率。
    4. 增强版Leaf-segment通过引入分布式协调者、异步号段分配、号段预取和动态调整号段大小等改进，进一步提升了分布式ID生成的性能和可扩展性。它能够更好地适应高并发、大规模分布式系统的需求，并提供可靠、高效的ID生成方案

  22. 滴滴 Tinyid号段模式

    1. 和增强版Leaf-segment类似，也是号段模式，提前加载号段。

  23. 美团Leaf-segment

    1. 美团Leaf-segment方案，在使用数据库的方案上，做了如下改变：

      1. 原方案每次获取ID都得读写一次数据库，造成数据库压力大
      2. 改为利用proxy server批量获取，每次获取一个segment(step决定大小)号段的值。用完之后再去数据库获取新的号段，可以大大的减轻数据库的压力。
      3. 各个业务不同的发号需求用biz_tag字段来区分，每个biz-tag的ID获取相互隔离，互不影响。如果以后有性能需求需要对数据库扩容，不需要上述描述的复杂的扩容操作，只需要对biz_tag分库分表就行

    2. Leaf-segment数据库数据库表设计如下

      1. +-------------+--------------+------+-----+-------------------+-----------------
------------+
| Field | Type | Null | Key | Default | Extra
|
+-------------+--------------+------+-----+-------------------+-----------------
------------+
| biz_tag | varchar(128) | NO | PRI | |
|
| max_id | bigint(20) | NO | | 1 |
|
| step | int(11) | NO | | NULL |
|
| desc | varchar(256) | YES | | NULL |
|
| update_time | timestamp | NO | | CURRENT_TIMESTAMP | on update
CURRENT_TIMESTAMP |
+-------------+--------------+------+-----+-------------------+-----------------
------------+

      2. 重要字段说明：biz_tag用来区分业务，max_id表示该biz_tag目前所被分配的ID号段的最大值，step表示每次分配的号段长度。原来获取ID每次都需要写数据库，现在只需要把step设置得足够大，比如1000

      3. 那么只有当1000个号被消耗完了之后才会去重新读写一次数据库。读写数据库的频率从1减小到了1/step，

      4. test_tag在第一台Leaf机器上是11000的号段，当这个号段用完时，会去加载另一个长度为step=1000的号段，假设另外两台号段都没有更新，这个时候第一台机器新加载的号段就应该是30014000

      5. 同时数据库对应的biz_tag这条数据的max_id会从3000被更新成4000，更新号段的SQL语句如下：

      6. Begin
UPDATE table SET max_id=max_id+step WHERE biz_tag=xxx
SELECT tag, max_id, step FROM table WHERE biz_tag=xxx
Commit

    3. 优点：

      1. Leaf服务可以很方便的线性扩展，性能完全能够支撑大多数业务场景。
      2. ID号码是趋势递增的8byte的64位数字，满足上述数据库存储的主键要求。
      3. 容灾性高：Leaf服务内部有号段缓存，即使DB宕机，短时间内Leaf仍能正常对外提供服务。
      4. 可以自定义max_id的大小，非常方便业务从原有的ID方式上迁移过来

    4. 缺点

      1. ID号码不够随机，能够泄露发号数量的信息，不太安全。
      2. TP999数据波动大，当号段使用完之后还是会hang在更新数据库的I/O上，tg999数据会出现偶尔的尖刺。
      3. DB宕机会造成整个系统不可用
      4. ID号码不够随机，能够泄露发号数量的信息，不太安全。比如某个竞争对手在两天中午12点分别下单，通过订单id号相减就能大致计算出公司一天的订单量，这个是不能忍受的。面对这一问题，美团提供了Leaf-snowflake方案

    5. 双buffer优化

      1. 对于第二个缺点，Leaf-segment做了一些优化，简单的说就是：
      2. Leaf 取号段的时机是在号段消耗完的时候进行的，也就意味着号段临界点的ID下发时间取决于下一次从DB取回号段的时间，并且在这期间进来的请求也会因为DB号段没有取回来，导致线程阻塞。如果请求DB的网络和DB的性能稳定，这种情况对系统的影响是不大的，但是假如取DB的时候网络发生抖动，或者DB发生慢查询就会导致整个系统的响应时间变慢
      3. 为此，我们希望DB取号段的过程能够做到无阻塞，不需要在DB取号段的时候阻塞请求线程，即当号段消费到某个点时就异步的把下一个号段加载到内存中。而不需要等到号段用尽的时候才去更新号段。这样做就可以很大程度上的降低系统的TP999指标
      4. 采用双buffer的方式，Leaf服务内部有两个号段缓存区segment。当前号段已下发10%时，如果下一个号段未更新，则另启一个更新线程去更新下一个号段。当前号段全部下发完后，如果下个号段准备好了则切换到下个号段为当前segment接着下发，循环往复
      5. 每个biz-tag都有消费速度监控，通常推荐segment长度设置为服务高峰期发号QPS的600倍（10分钟），这样即使DB宕机，Leaf仍能持续发号10-20分钟不受影响。
      6. 每次请求来临时都会判断下个号段的状态，从而更新此号段，所以偶尔的网络抖动不会影响下个号段的更新

    6. Leaf高可用容灾

      1. 对于第三点“DB可用性”问题，我们目前采用一主两从的方式，同时分机房部署，Master和Slave之间采用半同步方式同步数据。同时使用公司Atlas数据库中间件（已开源，改名为DBProxy）做主从切换
      2. 当然这种方案在一些情况会退化成异步模式，甚至在非常极端情况下仍然会造成数据不一致的情况，但是出现的概率非常小
      3. 如果你的系统要保证100%的数据强一致，可以选择使用“类Paxos算法”实现的强一致MySQL方案，如MySQL 5.7前段时间刚刚GA的MySQL Group Replication。但是运维成本和精力都会相应的增加，根据实际情况选型即可
      4. 同时Leaf服务分IDC部署，内部的服务化框架是“MTthrift RPC”。
      5. 服务调用的时候，根据负载均衡算法会优先调用同机房的Leaf服务。在该IDC内Leaf服务不可用的时候才会选择其他机房的Leaf服务
      6. 同时服务治理平台OCTO还提供了针对服务的过载保护、一键截流、动态流量分配等对服务的保护措施

  24. Tinyid：滴滴1000W级qps的分布式ID生成器

    1. Tinyid是一个ID生成器服务，它提供了REST API和Java客户端等多种获取方式，

    2. 如果使用Java客户端获取方式的话，官方宣称能单实例能达到1kw QPS（Over 10 million QPS persingle instance when using the java client.）

    3. Tinyid开源的Github地址：https://github.com/didi/tinyid。

    4. 运行Tinyid

      1. 将Tinyid源码下载到本地，并导入idea后，接下来准备把它运行起来

      2. 导入SQL

        1. Tinyid依赖的SQL脚本路径：tinyid/tinyid-server/db.sql，是MySQL数据库的脚本

        2. 登陆mysql客户端并创建一个tinyid数据库后，执行命令 source /data/tinyid/tinyid-server/db.sql。

        3. 如果show tables后能看到两个表tiny_id_info和tiny_id_token表示创建成功

        4. 并且脚本已经初始化了两条数据

        5. select id,token,biz_type from tiny_id_token;
id | token | biz_type |
+----+----------------------------------+----------+
| 1 | 0f673adf80504e2eaa552f5d791b644c | test |
| 2 | 0f673adf80504e2eaa552f5d791b644c | test_odd |

select id,biz_type,begin_id,max_id,step,delta from tiny_id_info;
+----+----------+----------+--------+--------+-------+
| id | biz_type | begin_id | max_id | step | delta |
+----+----------+----------+--------+--------+-------+
| 1 | test | 1 | 1 | 100000 | 1 |
| 2 | test_odd | 1 | 1 | 100000 | 2 |
+----+----------+----------+--------+--------+-------+

      3. mysql依赖

      4. 这里需要注意的是，tinyid项目默认依赖5.x版本MySQL驱动包

      5. 如果你的MySQL服务器是8.x版本（笔者本地就是8.x的MySQL），可能会碰到在启动过程中报连接数据库错误

      6. Caused by: java.sql.SQLException: Unable to load authentication plugin
'caching_sha2_password'.
at com.mysql.jdbc.SQLError.createSQLException(SQLError.java:868) ~[mysqlconnector-java-5.1.44.jar:5.1.44]
at com.mysql.jdbc.SQLError.createSQLException(SQLError.java:864) ~[mysqlconnector-java-5.1.44.jar:5.1.44]
at
com.mysql.jdbc.MysqlIO.proceedHandshakeWithPluggableAuthentication(MysqlIO.java:
1746) ~[mysql-connector-java-5.1.44.jar:5.1.44]
at com.mysql.jdbc.MysqlIO.doHandshake(MysqlIO.java:1226) ~[mysql-connectorjava-5.1.44.jar:5.1.44]
... ...

      7. 这样的话，需要将你的MySQL驱动升级到8.x版本（说明：如果你是其他MySQL版本，启动tinyid时碰到类似的异常，那么MySQL驱动版本请视情况而定进行升级）

      8. <dependency>
<groupId>mysql</groupId>
<artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
<version>8.0.11</version>
</dependency>

      9. 修改配置

        1. 接下来需要更新配置application.properties文件。主要更新数据库相关配置，具体值根据你的MySQL环境而定

        2. datasource.tinyid.primary.driver-class-name=com.mysql.jdbc.Driver
datasource.tinyid.primary.url=jdbc:mysql://localhost:3306/tinyid?
autoReconnect=true&useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8
datasource.tinyid.primary.username=root
datasource.tinyid.primary.password=123456

      10. 启动tinyid

        1. tinyid项目基于Springboot开发的，所以启动非常简单。

        2. 只需要运行主类TinyIdServerApplication.java即可。

        3. 运行后如果能看到如下日志，表示启动成功：

        4. 00:20:55,761 [main] [INFO] o.s.b.c.e.t.TomcatEmbeddedServletContainer - Tomcat
started on port(s): 9999 (http)
00:20:55,767 [main] [INFO] c.x.u.t.s.TinyIdServerApplication - Started
TinyIdServerApplication in 5.092 seconds (JVM running for 6.29)
00:21:00,001 [pool-3-thread-1] [INFO] c.x.u.t.s.s.i.TinyIdTokenServiceImpl -
refresh token begin
00:21:00,002 [pool-3-thread-1] [INFO] c.x.u.t.s.s.i.TinyIdTokenServiceImpl -
tinyId token init begin
00:21:00,006 [pool-3-thread-1] [INFO] c.x.u.t.s.s.i.TinyIdTokenServiceImpl -
tinyId token init success, token size:2
00:22:00,001 [pool-3-thread-1] [INFO] c.x.u.t.s.s.i.TinyIdTokenServiceImpl -
refresh token begin
。。。 。。。

      11. 获取唯一ID

        1. 接下来可以尝试通过REST API获取分布式唯一ID，请求实例如下，bizType和token的值请参考tiny_id_token表：

        2. http://localhost:9999/tinyid/id/nextId?
bizType=test&token=0f673adf80504e2eaa552f5d791b644c

      12. Client集成

        1. tinyid还支持Client集成模式，只需要引入如下Maven坐标：

        2. <dependency>
<groupId>com.xiaoju.uemc.tinyid</groupId>
<artifactId>tinyid-client</artifactId>
<version>${tinyid.version}</version>
</dependency>

        3. 然后在你的classpath路径下创建配置文件tinyid_client.properties，内容如下，这两个参数IdGeneratorFactoryClient.java中tinyid服务端请求地址"http://{0}/tinyid/id/nextSegmentIdSimple?token={1}&bizType="的第一个和第二个参数

        4. tinyid.server=localhost:9999
tinyid.token=0f673adf80504e2eaa552f5d791b644c

        5. tinyid.server还支持多个地址配置，多个地址之间以英文逗号隔开，例如：tinyid.server=host1:9999,tinyid.server=host2:9999

        6. 接下来，就能简单的通过调用tinyid封装的API获取分布式ID，实例代码如下，test就是bizType的值：

        7. // 单个分布式ID获取
Long id = TinyId.nextId("test");
// 多个分布式ID批量获取
List<Long> ids = TinyId.nextId("test", 10)

        8. 通过配置可知，tinyid-client本质上还是依赖tinyid-server，只不过它封装了对tinyid-server的HTTP请求，然后暴露最简单的API给用户使用而已。它对tinyid-server的HTTP请求封装在TinyIdHttpUtils.java中，依赖JDK原生HttpURLConnection，居然没有使用其他第三方优秀的HTTP Client包例如okhttp！

      13. tinyid原理

        1. tinyid的原理非常简单，就是经典的segment模式，和美团的leaf原理几乎一致。

        2. 首先，回顾一下生成全局唯一ID有如下三个思路

          1. 基于数据库生成；
          2. 基于分布式集群协调器生成（ZooKeeper， Consul ，Etcd等）；
          3. 划分命名空间并行生成（Snowflake为代表)

        3. Tinyid 借鉴和吸纳第一种思路，进行优化和改进，然后生成全局唯一ID。

        4. 纯粹的第一种思路，基于数据库生产id，核心问题如下：

          1. 纯粹的第一种思路，使用db的auto_increment，虽然实现简单、但性能比较差。
          2. 并且，纯粹的第一种思路，对db访问比较频繁，db的压力会比较大

        5. tinyid原理如何改进呢？ 四个优化手段

          1. 优化手段一：号段、
          2. 优化手段二：双缓存
          3. 优化手段三：多db支持
          4. 优化手段四：分布式部署

        6. 优化手段一：号段

          1. Tinyid解决了该问题，主要实现思路为一批id，可以看成是一个id范围，例如(1000,2000]，这个1000到2000也可以称为一个"号段"

          2. 我们一次向db申请一个号段，加载到内存中，然后采用自增的方式来生成id，这个号段用完后，再次向db申请一个新的号段，这样对db的压力就减轻了很多，同时内存中直接生成id，性能则提高了很多。

          3. 所以Tinyid数据库表设计时，只需要满足能存储一个范围即可，一个端点（Tinyid使用右端点）和一个步长可以确定一个范围。

          4. id     biz_type     max_id      step       version
1        1000         2000      1000         0

          5. biz_type：业务类型，不同业务的id隔离

          6. max_id：当前号段最大可用id，即右端点

          7. step：步长，根据每个业务的qps来设置一个合理的长度

          8. version：当前版本，用于实现乐观锁，每次更新都加上version，能够保证并发更新的正确性

          9. @Override
@Transactional(isolation = Isolation.READ_COMMITTED)
public SegmentId getNextSegmentId(String bizType) {
// 获取nextTinyId的时候，有可能存在version冲突，需要重试
for (int i = 0; i < Constants.RETRY; i++) {
// select id, biz_type, begin_id, max_id, step, delta, remainder,
create_time, update_time, version
// from tiny_id_info where biz_type = ?
TinyIdInfo tinyIdInfo = tinyIdInfoDAO.queryByBizType(bizType);
if (tinyIdInfo == null) {
throw new TinyIdSysException("can not find biztype:" + bizType);
}
Long newMaxId = tinyIdInfo.getMaxId() + tinyIdInfo.getStep();
Long oldMaxId = tinyIdInfo.getMaxId();
// update tiny_id_info set max_id= ?, update_time=now(),
version=version+1
// where id=? and max_id=? and version=? and biz_type=?
// CAS
int row = tinyIdInfoDAO.updateMaxId(tinyIdInfo.getId(), newMaxId,
oldMaxId, tinyIdInfo.getVersion(),
tinyIdInfo.getBizType());
if (row == 1) {
tinyIdInfo.setMaxId(newMaxId);
SegmentId segmentId = convert(tinyIdInfo);
logger.info("getNextSegmentId success tinyIdInfo:{} current:{}",
tinyIdInfo, segmentId);
return segmentId;
} else {
logger.info("getNextSegmentId conflict tinyIdInfo:{}", tinyIdInfo);
}
}
throw new TinyIdSysException("get next segmentId conflict");
}

          10. 以上是获取号段代码，基于CAS（Compare and Swap）思想 。

          11. 这里比较值得注意一点是该方法事务的隔离级别设置为READ_COMMITTED（提交读），主要为了考虑以下两点：

            1. Transactional标记保证query和update使用的是同一连接。
            2. MySQL默认事务隔离级别为REPEATABLE_READ（可重复读， MySQL底层使用MVCC），保证同一个事务中读到的version字段相同（循环调用 tinyIdInfoDAO.queryByBizType(bizType) 获取的结果是没有变化的），感知不到其他事务对version字段的改变，可能会导致CAS失败

        7. 优化手段二：双缓存

          1. 在一个号段用完后，需要向数据库申请下一个号段，此时客户端需要等待，造成性能波动

          2. Tinyid使用双缓存（重数据库加载到内存中的号段）解决这个问题，在号段用到一定程度（默认20%）的时候，就去异步加载下一个号段，保证内存中始终有可用号段，则可避免性能波动。

          3. protected SegmentIdService segmentIdService;
protected volatile SegmentId current; // 当前号段
protected volatile SegmentId next; // 下一号段
private volatile boolean isLoadingNext; // 是否正在加载下一号段
private Object lock = new Object();
private ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor(new
NamedThreadFactory("tinyid-generator")); // 加载下一号段的异步线程池

          4. nextId() 方法用于从缓存中获取一个id。

          5. @Override
public Long nextId() {
while (true) {
if (current == null) {
// 懒加载，申请当前号段
loadCurrent();
continue;
}
// 从当前号段缓存中获取一个id
Result result = current.nextId();
// 当前号段缓存的id用尽
if (result.getCode() == ResultCode.OVER) {
loadCurrent();
} else {
// 当前号段用到一定程度，触发异步加载下一号段
if (result.getCode() == ResultCode.LOADING) {
loadNext();
}
return result.getId();
}
}
}

          6. loadCurrent() 加载当前号段，使用 synchronized 关键字保证线程安全。有两个地方可能用到这个方法，一个是初始化时懒加载当前号段，另一个是当前号段缓存的id用尽，使用下一号段替换当前号段

          7. public synchronized void loadCurrent() {
if (current == null || !current.useful()) {
if (next == null) {
// 从数据库中查询一个号段
SegmentId segmentId = querySegmentId();
this.current = segmentId;
} else {
// 用下一号段替换当前号段
current = next;
next = null;
}
}
}

          8. 当前号段用到一定程度，调用 loadNext() 方法异步加载下一号段。

          9. public void loadNext() {
// double check
if (next == null && !isLoadingNext) {
synchronized (lock) {
if (next == null && !isLoadingNext) {
isLoadingNext = true;
executorService.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
// 无论获取下个segmentId成功与否，都要将isLoadingNext赋值
为false
next = querySegmentId();
} finally {
isLoadingNext = false;
}
}
});
}
}
}
}

        8. 优化手段三：多db支持

          1. 只有一个数据库时，可用性难以保证，当主库挂了会造成申请号段不可用

          2. 另外扩展性差，性能有上限，因为写入是单点，数据库主库的写性能决定ID的生成性能上限，并且难以扩展。

          3. 为了解决此问题，Tinyid 可以增加主库，避免写入单点。为了保证各主库生成的ID不重复，需要为每个主库设置不同的auto_increment初始值，以及相同的增长步长

          4. 例如，有三个主库DB-0，DB-1，DB-2，将auto_increment初始值分别设置为0,1,2，步长都为3，则库DB-0生成0,3,6,9…，库DB-1生成1,4,7,10，库DB-2生成2,5,8,11…；

          5. 但数据库需要增加两个字段delta和remainder，分别表示增长步长和auto_increment初始值。

          6. id    biz_type      max_id     step     delta     remainder     version
1       1000         2000      1000       2          0           0

          7. 但是这里有个问题，比如从申请到号段(1000,2000]后，如果delta=3, remainder=0，则这个号段从哪个id开始分配，肯定不是1001，所以这里就需要计算。

          8. 设置好初始id之后，就以delta的方式递增分配。因为会先递增，所以会浪费一个id，所以做了一次减delta的操作，实际会从999开始增，第一个id还是1002

          9. public Result nextId() {
init();
// 先自增
long id = currentId.addAndGet(delta);
if (id > maxId) {
return new Result(ResultCode.OVER, id);
}
if (id >= loadingId) {
return new Result(ResultCode.LOADING, id);
}
return new Result(ResultCode.NORMAL, id);
}

public void init() {
if (isInit) {
return;
}
// double check
synchronized (this) {
if (isInit) {
return;
}
long id = currentId.get();
if (id % delta == remainder) {
isInit = true;
return;
}
for (int i = 0; i <= delta; i++) {
id = currentId.incrementAndGet();
if (id % delta == remainder) {
// 避免浪费 减掉系统自己占用的一个id
currentId.addAndGet(0 - delta);
isInit = true;
return;
}
}
}
}

          10. 在决定数据源时，使用一下方法

          11. @Override
protected Object determineCurrentLookupKey() {
// 只有一个数据源时
if(dataSourceKeys.size() == 1) {
return dataSourceKeys.get(0);
}
// 多个数据源时，随机选择一个
Random r = new Random();
return dataSourceKeys.get(r.nextInt(dataSourceKeys.size()));
}

          12. 从上面可以看出，如果有多个数据源，则随机选择一个，所有生成的id不是严格单调递增的，而是趋势递增，能满足大部分业务场景

        9. 优化手段四：分布式部署

          1. 虽然数据库单点问题解决了，但是还是单个服务选择多个数据库，服务挂了怎么办,服务单点问题并没有解决。

          2. 一个简单的解决方案就是将服务部署到多个机房的多台机器。但是问题又随之而来，多个服务之间怎么协调

          3. 在Spring Cloud中微服务多实例部署，可以将其注册到服务注册中心，然后在客户端使用负载均衡算法访问服务。或者在服务端使用反向代理，为多实例做负载均衡

          4. 但是Tinyid 作为一个独立服务部署，引入这些组件将增加维护成本，所以呢，Tinyid 提供了SDK，在SDK中做了客户端负载均衡（随机算法)。

          5. private String chooseService(String bizType) {
List<String> serverList = TinyIdClientConfig.getInstance().getServerList();
String url = "";
if (serverList != null && serverList.size() == 1) {
url = serverList.get(0);
} else if (serverList != null && serverList.size() > 1) {
// 多实例部署时，随机选择一个服务
Random r = new Random();
url = serverList.get(r.nextInt(serverList.size()));
}
url += bizType;
return url;
}

          6. 在这里插入图片描述


原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_43924419/article/details/137750293

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